Aluminium vir CNC-bewerkingsmateriaal
Aluminium is een van die mees bewerkte materiale wat vandag beskikbaar is. Trouens, aluminium CNC-bewerkingsprosesse is tweede na staal in terme van uitvoeringsfrekwensie. Dit is hoofsaaklik te danke aan sy uitstekende bewerkbaarheid.
In sy suiwerste vorm is die chemiese element aluminium sag, rekbaar, nie-magneties en silwerwit van voorkoms. Die element word egter nie net in die suiwer vorm gebruik nie. Aluminium word gewoonlik met verskeie elemente soos mangaan, koper en magnesium gelegeer om honderde aluminiumlegerings met verskeie aansienlik verbeterde eienskappe te vorm.
Hierdie artikel ondersoek die prosesse, gereedskap, parameters en uitdagings betrokke by die CNC-bewerking van aluminium en sy legerings. Dit bespreek ook die eienskappe van aluminium, die gewildste legerings wat in CNC-bewerking gebruik word, sowel as aluminiumtoepassings in verskeie industrieë.
bewerkbaar
Aluminium word maklik gevorm, bewerk en gemasjineer deur 'n verskeidenheid prosesse te gebruik. Dit kan vinnig en maklik deur masjiengereedskap gesny word omdat dit sag is en maklik afskilfer. Dit is ook goedkoper en benodig minder krag om te masjineer as staal. Hierdie eienskappe is van enorme voordele vir beide die masjinis en die kliënt wat die onderdeel bestel. Verder beteken aluminium se goeie masjineerbaarheid dat dit minder vervorm tydens masjineerwerk. Dit lei tot hoër akkuraatheid, aangesien dit CNC-masjiene toelaat om hoër toleransies te bereik.
Sterkte-tot-gewig-verhouding
Aluminium is omtrent 'n derde van die digtheid van staal. Dit maak dit relatief lig. Ten spyte van sy liggewig, het aluminium baie hoë sterkte. Hierdie kombinasie van sterkte en ligte gewig word beskryf as die sterkte-tot-gewig-verhouding van materiale. Aluminium se hoë sterkte-tot-gewig-verhouding maak dit gunstig vir onderdele wat in verskeie nywerhede soos die motor- en lugvaartnywerhede benodig word.
Weerstand teen korrosie
Aluminium is krasbestand en korrosiebestand in algemene mariene en atmosferiese toestande. Jy kan hierdie eienskappe verbeter deur anodisering. Dit is belangrik om daarop te let dat weerstand teen korrosie in verskillende aluminiumgrade verskil. Die grade wat die meeste gereeld CNC-bewerk word, het egter die meeste weerstand.
Prestasie by lae temperature
Die meeste materiale is geneig om van hul gewenste eienskappe te verloor by temperature onder vriespunt. Byvoorbeeld, beide koolstofstaal en rubber word bros by lae temperature. Aluminium behou op sy beurt sy sagtheid, rekbaarheid en sterkte by baie lae temperature.
Elektriese geleiding
Die elektriese geleidingsvermoë van suiwer aluminium is ongeveer 37.7 miljoen siemens per meter by kamertemperatuur. Alhoewel aluminiumlegerings laer geleidingsvermoëns as suiwer aluminium kan hê, is hulle geleidend genoeg sodat hul onderdele in elektriese komponente gebruik kan word. Aan die ander kant sou aluminium 'n ongeskikte materiaal wees as elektriese geleidingsvermoë nie 'n gewenste eienskap van 'n bewerkte onderdeel is nie.
recycleerbaar
Aangesien dit 'n subtraktiewe vervaardigingsproses is, genereer CNC-bewerkingsprosesse 'n groot aantal skyfies, wat afvalmateriaal is. Aluminium is hoogs herwinbaar, wat beteken dat dit relatief lae energie, moeite en koste verg om te herwin. Dit maak dit verkieslik vir diegene wat uitgawes wil verhaal of materiaalvermorsing wil verminder. Dit maak aluminium ook 'n meer omgewingsvriendelike materiaal om te bewerk.
Anodiseringspotensiaal
Anodisering, wat 'n oppervlakafwerkingsprosedure is wat die slytasie- en korrosiebestandheid van 'n materiaal verhoog, is maklik om in aluminium te bereik. Hierdie proses maak dit ook makliker om kleur aan bewerkte aluminiumonderdele by te voeg.
Gewilde aluminiumlegerings vir CNC-bewerking
Uit ons ervaring by Xometry, is die volgende 5 aluminiumgrade van die mees gebruikte vir CNC-bewerking.
EN AW-2007 / 3.1645 / AlCuMgPb
Alternatiewe benamings: 3.1645; EN 573-3; AlCu4PbMgMn.
Hierdie aluminiumlegering het koper as die hooflegeringselement (4-5%) van koper. Dit is 'n kortspaanderlegering wat duursaam, lig, hoogs funksioneel is en dieselfde hoë meganiese eienskappe as AW 2030 het. Dit is ook geskik vir skroefdraadwerk, hittebehandeling en hoëspoedbewerking. Al hierdie eienskappe maak EN AW 2007 wyd gebruik in die produksie van masjienonderdele, boute, klinknaels, moere, skroewe en skroefdraadstawe. Hierdie aluminiumgraad het egter lae sweisbaarheid en lae korrosiebestandheid; daarom word dit aanbeveel om beskermende anodisering na onderdeelbewerking uit te voer.
EN AW-5083 / 3.3547 / Al-Mg4,5Mn
Alternatiewe benamings: 3.3547; Legering 5083; EN 573-3; UNS A95083; ASTM B209; AlMg4.5Mn0.7
AW 5083 is bekend vir sy uitstekende werkverrigting in strawwe omgewings. Dit bevat magnesium en klein spore van chroom en mangaan. Hierdie graad het baie hoë weerstand teen korrosie in beide chemiese en mariene omgewings. Van al die nie-hittebehandelbare legerings het AW 5080 die hoogste sterkte; 'n eienskap wat dit selfs na sweiswerk behou. Alhoewel hierdie legering nie in toepassings met temperature hoër as 65°C gebruik moet word nie, presteer dit in lae temperatuur toepassings.
As gevolg van sy stel gewenste eienskappe, word AW 5080 in talle toepassings gebruik, insluitend kriogeniese toerusting, mariene toepassings, druktoerusting, chemiese toepassings, gesweisde konstruksies en voertuigbakke.
EN AW 5754 / 3.3535 / Al-Mg3
Alternatiewe benamings: 3.3535; Legering 5754; EN 573-3; U21NS A95754; ASTM B 209; Al-Mg3.
As 'n gesmede aluminium-magnesiumlegering met die hoogste persentasie aluminium, kan AW 5754 gerol, gesmee en geëxtrudeer word. Dit is ook nie hittebehandelbaar nie en kan koudbewerk word om sy sterkte te verhoog, maar teen 'n laer rekbaarheid. Daarbenewens het hierdie legering uitstekende weerstand teen korrosie en hoë sterkte. In die lig van hierdie eienskappe, is dit verstaanbaar dat AW 5754 een van die gewildste CNC-bewerkte aluminiumgrade is. Dit word tipies gebruik in gesweisde strukture, vloertoepassings, visvangtoerusting, voertuigbakke, voedselverwerking en klinknaels.
EN AW-6060 / 3.3206 / Al-MgSi
Alternatiewe benamings: 3.3206; ISO 6361; UNS A96060; ASTM B 221; AlMgSi0,5
Dit is 'n magnesium- en silikonbevattende smee-aluminiumlegering. Dit is hittebehandelbaar en het gemiddelde sterkte, goeie sweisbaarheid en goeie vormbaarheid. Dit is ook hoogs bestand teen korrosie; 'n eienskap wat verder verbeter kan word deur anodisering. EN AW 6060 word dikwels gebruik in konstruksie, voedselverwerking, mediese toerusting en motoringenieurswese.
EN AW-7075 / 3.4365 / Al-Zn6MgCu
Alternatiewe benamings: 3.4365; UNS A96082; H30; Al-Zn6MgCu.
Sink is die primêre legeringselement in hierdie graad aluminium. Alhoewel EN AW 7075 gemiddelde bewerkbaarheid, swak koudvorm-eienskappe het, en nie geskik is vir beide sweiswerk en soldeerwerk nie, het dit 'n hoë sterkte-tot-digtheidsverhouding, uitstekende weerstand teen atmosferiese en mariene omgewings, en sterkte vergelykbaar met sommige staallegerings. Hierdie legering word in 'n baie wye reeks toepassings gebruik, insluitend hangsweeftuig- en fietsrame, rotsklimtoerusting, wapens en die vervaardiging van vormgereedskap.
EN AW-6061 / 3.3211 / Al-Mg1SiCu
Alternatiewe benamings: 3.3211, UNS A96061, A6061, Al-Mg1SiCu.
Hierdie legering bevat magnesium en silikon as die belangrikste legeringselemente, met spoorhoeveelhede koper. Met 'n treksterkte van 180 MPa is dit 'n hoësterkte-legering en is dit baie geskik vir hoogs belaste strukture soos steiers, spoorwaens, masjien- en lugvaartonderdele.
EN AW-6082 / 3.2315 / Al-Si1Mg
Alternatiewe benamings: 3.2315, UNS A96082, A-SGM0,7, Al-Si1Mg.
Hierdie legering, wat tipies gevorm word deur rol en ekstrusie, het medium sterkte met baie goeie sweisbaarheid en termiese geleidingsvermoë. Dit het hoë weerstand teen spanningskorrosie en kraakvorming. Dit het 'n treksterkte wat wissel van 140 – 330 MPa. Dit word wyd gebruik in konstruksie en houers op see.
Aluminium CNC-bewerkingsprosesse
Jy kan aluminium bewerk deur 'n aantal van die CNC-bewerkingsprosesse wat vandag beskikbaar is. Sommige van hierdie prosesse is soos volg.
CNC Draai
In CNC-draaibewerkings roteer die werkstuk, terwyl die enkelpunt-snygereedskap stilstaan langs sy as. Afhangende van die masjien, voer óf die werkstuk óf die snygereedskap 'n toevoerbeweging teen die ander uit om materiaalverwydering te bewerkstellig.
CNC Milling
CNC-freesbewerkings word die meeste gebruik in die masjinering van aluminiumonderdele. Hierdie bewerkings behels die rotasie van 'n meerpuntsny langs sy as, terwyl die werkstuk stilstaan langs sy eie as. Die snyaksie en gevolglike materiaalverwydering word bereik deur die toevoerbeweging van óf die werkstuk, die snygereedskap, óf albei gekombineer. Hierdie beweging kan langs verskeie asse uitgevoer word.
pocketing
Ook bekend as sakfreeswerk, is sakfreeswerk 'n vorm van CNC-freeswerk waarin 'n hol sak in 'n onderdeel gemasjineer word.
Teenoor
Vlakbewerking in bewerking behels die skep van 'n plat dwarssnitarea op die oppervlak van 'n werkstuk deur óf vlakdraai óf vlakfrees.
CNC Boor
CNC-boorwerk is die proses om 'n gat in 'n werkstuk te maak. In hierdie bewerking beweeg 'n meerpunt-roterende snygereedskap van 'n spesifieke grootte in 'n reguit lyn loodreg op die oppervlak wat geboor moet word, en skep sodoende effektief 'n gat.
Gereedskap vir die bewerking van aluminium
Daar is verskeie faktore wat die keuse van 'n gereedskap vir aluminium CNC-bewerking beïnvloed.
Gereedskapontwerp
Daar is verskillende aspekte van 'n gereedskapgeometrie wat bydra tot die doeltreffendheid daarvan in die bewerking van aluminium. Een hiervan is die aantal groewe. Om probleme met spaanvrystelling teen hoë snelhede te voorkom, moet snygereedskap vir aluminium CNC-bewerking 2-3 groewe hê. 'n Hoër aantal groewe lei tot kleiner spaanvalle. Dit sal veroorsaak dat die groot spaane wat deur aluminiumlegerings geproduseer word, vassteek. Wanneer snykragte laag is en spaanvryhoogte krities is vir die proses, moet jy 2 groewe gebruik. Vir 'n perfekte balans tussen spaanvryhoogte en gereedskapsterkte, gebruik 3 groewe.
Helix Angle
Die helikshoek is die hoek tussen die middellyn van 'n gereedskap en 'n reguitlyn-raaklyn langs die snykant. Dit is 'n belangrike kenmerk van snygereedskap. Terwyl 'n hoër helikshoek vinniger skyfies van 'n onderdeel verwyder, verhoog dit die wrywing en hitte tydens sny. Dit kan veroorsaak dat die skyfies aan die gereedskapoppervlak sweis tydens hoëspoed-aluminium CNC-bewerking. 'n Laer helikshoek, aan die ander kant, produseer minder hitte, maar verwyder moontlik nie skyfies effektief nie. Vir die bewerking van aluminium is 'n helikshoek van 35° of 40° geskik vir ruwe toepassings, terwyl 'n helikshoek van 45° die beste is vir afwerking.
Opruimingshoek
Vryhoogtehoek is nog 'n belangrike faktor vir die behoorlike werking van 'n gereedskap. 'n Oormatige groot hoek sal veroorsaak dat die gereedskap in die werkstuk ingrawe en klapper. Aan die ander kant sal 'n te klein hoek wrywing tussen die gereedskap en die werkstuk veroorsaak. Vryhoogtehoeke tussen 6° en 10° is die beste vir aluminium CNC-bewerking.
Gereedskap Materiaal
Karbied is die voorkeurmateriaal vir snygereedskap wat in aluminium CNC-bewerking gebruik word. Omdat aluminium sag sny, is die belangrikste ding in 'n snygereedskap vir aluminium nie hardheid nie, maar die vermoë om 'n skeermesskerp rand te behou. Hierdie vermoë is teenwoordig in karbiedgereedskap en dit hang af van twee faktore, karbiedkorrelgrootte en bindmiddelverhouding. Terwyl 'n groter korrelgrootte 'n harder materiaal tot gevolg het, waarborg 'n kleiner korrelgrootte 'n taaier, meer impakbestande materiaal, wat eintlik die eienskap is wat ons benodig. Kleiner korrels benodig kobalt om die fyn korrelstruktuur en die materiaal se sterkte te verkry.
Kobalt reageer egter met aluminium by hoë temperature en vorm 'n opgeboude rand van aluminium op die gereedskapoppervlak. Die sleutel is om 'n karbiedgereedskap met die regte hoeveelheid kobalt (2-20%) te gebruik om hierdie reaksie te verminder, terwyl die vereiste sterkte steeds gehandhaaf word. Karbiedgereedskap is tipies beter in staat om die hoë snelhede wat met aluminium CNC-bewerking geassosieer word, te weerstaan as staalgereedskap.
Benewens gereedskapmateriaal, is gereedskapbedekking 'n belangrike faktor in gereedskapsnydoeltreffendheid. ZrN (Sirkoniumnitried), TiB2 (Titaandiboried) en diamantagtige bedekkings is van die geskikte bedekkings vir gereedskap wat in aluminium CNC-bewerking gebruik word.
Voere en snelhede
Snyspoed is die spoed waarteen die snygereedskap roteer. Aluminium kan baie hoë snyspoed weerstaan, daarom is die snyspoed vir aluminiumlegerings afhanklik van die beperkings van die masjien wat gebruik word. Die spoed moet so hoog wees as wat prakties is in aluminium CNC-bewerking, aangesien dit die moontlikheid van die vorming van opgeboude rande verminder, tyd bespaar, temperatuurstyging in die onderdeel verminder, spaanderbreuk verbeter en afwerking verbeter. Die presiese spoed wat gebruik word, wissel na gelang van die aluminiumlegering en die gereedskapdiameter.
Voersnelheid is die afstand wat die werkstuk of gereedskap per omwenteling van die gereedskap beweeg. Die voeding wat gebruik word, hang af van die verlangde afwerking, die sterkte en die stewigheid van die werkstuk. Growwe snitte benodig 'n voeding van 0.15 tot 2.03 mm/omwenteling, terwyl afwerkingsnitte 'n voeding van 0.05 tot 0.15 mm/omwenteling benodig.
Snyvloeistof
Ten spyte van die bewerkbaarheid daarvan, moet aluminium nooit droog gesny word nie, aangesien dit die vorming van opgeboude kante bevorder. Die geskikte snyvloeistowwe vir aluminium CNC-bewerking is oplosbare olie-emulsies en minerale olies. Vermy snyvloeistowwe wat chloor of aktiewe swael bevat, aangesien hierdie elemente aluminium vlek.
Nabewerkingsprosesse
Nadat 'n aluminiumonderdeel bewerk is, is daar sekere prosesse wat jy kan uitvoer om die fisiese, meganiese en estetiese eienskappe van die onderdeel te verbeter. Die mees algemene prosesse is soos volg.
Kraal- en sandblaaswerk
Kraalstraalwerk is 'n afwerkingsproses vir estetiese doeleindes. In hierdie proses word die bewerkte onderdeel met klein glaskrale gestraal met behulp van 'n hoogs druk luggeweer, wat materiaal effektief verwyder en 'n gladde oppervlak verseker. Dit gee aluminium 'n satyn- of mat afwerking. Die belangrikste prosesparameters vir kraalstraalwerk is die grootte van die glaskrale en die hoeveelheid lugdruk wat gebruik word. Gebruik hierdie proses slegs wanneer die dimensionele toleransies van 'n onderdeel nie krities is nie.
Ander afwerkingsprosesse sluit in polering en verfwerk.
laag
Dit behels die bedekking van 'n aluminiumonderdeel met 'n ander materiaal soos sink, nikkel en chroom. Dit word gedoen om die onderdele se prosesse te verbeter en kan deur elektrochemiese prosesse bereik word.
Anodisering
Anodisering is 'n elektrochemiese proses waarin 'n aluminiumonderdeel in 'n oplossing van verdunde swaelsuur gedoop word, en 'n elektriese spanning oor die katode en anode toegepas word. Hierdie proses skakel die blootgestelde oppervlaktes van die onderdeel effektief om in 'n harde, elektries nie-reaktiewe aluminiumoksiedlaag. Die digtheid en dikte van die laag wat geskep word, hang af van die konsekwentheid van die oplossing, die anodiseringstyd en die elektriese stroom. Jy kan ook anodisering uitvoer om 'n onderdeel te kleur.
poedercoating
Die poeierbedekkingsproses behels die bedekking van 'n onderdeel met kleurpolimeerpoeier met behulp van 'n elektrostatiese spuitpistool. Die onderdeel word dan gelaat om te droog by 'n temperatuur van 200°C. Poeierbedekking verbeter sterkte en weerstand teen slytasie, korrosie en impak.
Hitte behandeling
Onderdele wat van hittebehandelbare aluminiumlegerings gemaak is, kan hittebehandeling ondergaan om hul meganiese eienskappe te verbeter.
Toepassings van CNC-bewerkte aluminiumonderdele in die industrie
Soos vroeër genoem, het aluminiumlegerings 'n aantal gewenste eienskappe. Daarom is CNC-bewerkte aluminiumonderdele onontbeerlik in verskeie industrieë, insluitend die volgende:
- LugdiensAs gevolg van sy hoë sterkte-tot-gewig-verhouding word verskeie vliegtuigtoebehore van bewerkte aluminium gemaak;
- AutomotiveSoortgelyk aan die lugvaartbedryf, word verskeie onderdele soos skagte en ander komponente in die motorbedryf van aluminium gemaak;
- ElektrieseMet hoë elektriese geleidingsvermoë word CNC-bewerkte aluminiumonderdele dikwels as elektroniese komponente in elektriese toestelle gebruik;
- Voedsel / FarmaseutieseOmdat hulle nie met die meeste organiese stowwe reageer nie, speel aluminiumonderdele belangrike rolle in die voedsel- en farmaseutiese nywerhede;
- Sportaluminium word dikwels gebruik om sporttoerusting soos bofbalkolwe en sportfluitjies te maak;
- CryogenicsAluminium se vermoë om sy meganiese eienskappe by temperature onder vriespunt te behou, maak aluminiumonderdele wenslik vir kriogeniese toepassings.